一种硫硒化亚锡二维半导体材料及其制备方法技术

本申请属于半导体材料技术领域，具体涉及一种硫硒化亚锡二维半导体材料及其制备方法。本发明专利技术所提供的制备方法包括：a)将硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末混匀，得到混合粉末；将混合粉末置于第一衬底的一端，然后将第二衬底水平放置于第一衬底上，混合粉末夹在第一衬底和第二衬底之间，形成一反应体系；b)将反应体系置于石英载体上，然后将石英载体防止在石英管的加热部，封闭石英管；c)将石英管靠近混合粉体的一端通入惰性气体，同时在石英管的另一端抽真空使其维持在预置真空度内；然后，加热石英管的加热部，自然冷却，即得。由其制得的硫硒化亚锡二维半导体材料在保留单一材料优良的光电特性的同时，还具有单一材料所不具有的能带调控优点。

Sulfur selenide tin semiconductor two dimensional semiconductor material and preparation method thereof

The application belongs to the technical field of semiconductor materials, in particular to a tin selenide sulfide two-dimensional semiconductor material and a preparation method thereof. The preparation method of the present invention includes: a) mixing stannous sulfide powder and stannous selenide powder to obtain mixed powder; placing the mixed powder at one end of the first substrate, and then placing the second substrate horizontally on the first substrate, and clamping the mixed powder between the first substrate and the second substrate to form a reaction system; The reaction system is placed on the quartz carrier, and then the quartz carrier is prevented from being heated in the quartz tube to seal the quartz tube; c) the quartz tube is placed near one end of the mixed powder into the inert gas, while the other end of the quartz tube is vacuumed to maintain the preset vacuum; and then, the heating part of the quartz tube is heated to cool naturally. That is. The two-dimensional tin sulfide selenide semiconductor material prepared by this method not only retains the excellent photoelectric properties of a single material, but also has the advantages of band regulation that a single material does not have.

【技术实现步骤摘要】
一种硫硒化亚锡二维半导体材料及其制备方法
本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种硫硒化亚锡二维半导体材料及其制备方法。
技术介绍
自石墨烯的发现以来，基于二维半导体材料的研究已成为材料科学与凝聚态物理学领域最热点的科研前沿之一。二维半导体材料的制备是对其进行后续物性表征与光电特性研究的重要前提与基础，寻找一种对二维半导体材料规模化可控制备的方法极其重要。二维半导体硫化亚锡拥有近红外波段的带隙宽度，其直接带隙和间接带隙分别为1.56eV和1.50eV,此能带宽度正是太阳能电池光伏材料最理想的带宽大小，因此二维硫化亚锡是制备太阳能光伏电池、超灵敏光电器件的理想材料；同时，与其拥有类似元素组成的二维半导体硒化亚锡也具有同样的作为光伏电池和光电器件的理想核心材料的优势。硫化亚锡和硒化亚锡为常规的二维半导体材料，硫化亚锡半导体和硒化亚锡半导体在光电子器件、光伏发电等方面的性能优异，然而其作为单一材料，其能带宽度已为一固定值，无法对其进行能带调控，由其制备的光电器件难以对不同波长的光响应进行控制，限制了这两种材料的应用范围。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种硫硒化亚锡二维半导体材料及其制备方法，其具体技术方案如下：一种硫硒化亚锡二维半导体材料的制备方法，包括：a)将硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末均匀混合，得到混合粉末；将所述混合粉末置于第一衬底的一端，然后将第二衬底反转水平放置于所述第一衬底上方，所述混合粉末夹在所述第一衬底和第二衬底之间，形成一反应体系；b)将所述反应体系置于石英载体上，然后将所述石英载体放置在石英管的加热部，封闭石英管；c)将所述石英管靠近所述混合粉体的一端通入惰性气体，同时在石英管的另一端抽真空使其维持在预置真空度内；然后，加热所述石英管的加热部，自然冷却，即得。优选地，步骤a)所述硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末混合摩尔比为(0.1～1):(0.1～1)。优选地，步骤a)所述第一衬底和第二衬底的材料相同，为氧化硅、硅片、氧化硅-硅片复合材料、云母材料或蓝宝石材料。优选地，步骤a)所述第一衬底和第二衬底的厚度为10nm～350nm。优选地，步骤a)所述第一衬底和第二衬底之间的缝隙宽度为200um～700um。优选地，步骤c)所述惰性气体为氮气或氩气，其流量为2sccm～4sccm；所述真空度为6torr～14torr。优选地，步骤c)所述加热的温度为750℃～850℃？，加热时间为3min～10min。优选地，所述硫硒化亚锡二维半导体材料附着于所述第二衬底与所述第一衬底相对的一侧。本专利技术还提供了一种由上述制备方法制得的硫硒化亚锡二维半导体材料，其为四边形二维单晶材料；其厚度为8nm～100nm；表面积为100um2～10000um2。本专利技术还提供了一种由前述制备方法制得的硫硒化亚锡二维半导体材料和/或上述硫硒化亚锡二维半导体材料制得的硫硒化亚锡光电器件。与现有技术相比，本专利技术所提供的制备方法简便优化，利于推广应用；由该方法制得的硫硒化亚锡二维半导体材料在保留单一材料优良的光电特性的同时，还具有单一材料所不具有的能带调控的优点，可以通过本专利中的制备方法精确地控制合金中硫原子与硒原子的数量比，从而得到可调控带隙宽度的硫硒化亚锡二维半导体材料，表面积大、单晶纯度高、缺陷少和光电性能优异。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为实施例1的硫硒化亚锡二维半导体材料的合成过程示意图；图2为实施例1构建的反应体系的放大图；图3为由实施例1所得硫硒化亚硒样品制得的场效应晶体管微电子器件电学转移特性曲线图，图中右上角所示为制得的场效应晶体管器件图；图4为由实施例1所得硫硒化亚硒样品制得的场效应晶体管微电子器件电学输出特性曲线图；图5为由实施例1所得硫硒化亚硒样品制得的光电器件源漏电流大小受不同波长的光线照射的光电响应特性图。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例的硫硒化亚锡二维半导体材料的制备，包括以下步骤：1、构建反应体系1)按1:1的摩尔比，将硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末均匀混合，得到的混合粉末作为晶体生长所需的生长固态源，待用；2)取0.05mg混合粉末置于1cm×1cm规格的方形的第一衬底上的一端，该混合粉末的投影面积约为0.2cm×0.5cm；3)将1cm×1cm规格的方形的第二衬底反转水平放置在第一衬底的正上方，将上述混合粉末夹在第一衬底和第二衬底之间，形成一反应体系。其中，第一衬底和第二衬底相同，均为氧化硅-硅片复合衬底，氧化硅层厚300nm，硅片层厚1mm；第一衬底和第二衬底之间的缝隙为600μm。2、硫硒化亚锡二维半导体材料的合成1)将反应体系置于石英载体上，然后将石英载体放置在石英管的中间位置，封闭石英管；其中，石英载体选为石英舟；2)将石英管置于管式炉的加热工位上，在石英管靠近混合粉体的一端通入氮气(流量为3sccm)，同时在石英管的另一端抽真空使石英管内维持10torr的真空度；3)开启管式炉，使炉腔的温度在15min内从室温上升到设定的退火温度，待温度稳定后把石英管的中间位置从管式炉冷区推入到管式炉的中央加热区，并保温一定时间，得到在第二衬底表面上形成的超薄的硫硒化亚锡单晶；其合成过程如图1所示，反应体系放大图如图2所示；4)待硫化亚锡生长完成后，立即把石英管的中间位置从加热区移回冷区，待样品自然冷却后方可取出。其中，退火温度为800℃，保温时间为5min。通过本实施例方法得到的硫硒化亚锡二维半导体材料内的硫原子与硒原子数量比例为1：1，硫硒化亚锡单晶平均表面积为4000um2，平均厚度为10nm；硫硒化亚锡二维半导体材料二维单晶在第二衬底上的分布密度约为1000个/cm2。实施例2本实施例的硫硒化亚锡二维半导体材料的制备与实施例1的区别在于：硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末混合摩尔比为0.25:0.75；第一衬底和第二衬底的材料为云母材料。第一衬底和第二衬底的厚度为1mm；第一衬底和第二衬底之间的缝隙宽度为500um；惰性气体为氮气，其流量为4sccm；本实施例制得的硫硒化亚锡二维半导体材料内的硫原子与硒原子数量比为0.25：0.75，表面积为4000um2，平均厚度为10nm，硫硒化亚锡二维半导体材料二维单晶在第二衬底上的分布密度约为1000个/cm2。其余地方与实施例1基本相同，此处不再一一赘述。实施例3本实施例的硫硒化亚锡二维半导体材料的制备与实施例1的区别在于：硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末混合摩尔比为0.75:0.25；第一衬底和第二衬底的材料为蓝宝石材料。第一衬底和第二衬底的厚度为2mm；第一衬底和第二衬底之间的缝隙宽度为600um；惰性气体为氩气，其流量为2sccm；本实施例制得的硫硒化亚锡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫硒化亚锡二维半导体材料的制备方法，其特征在于，包括：a)将硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末均匀混合，得到混合粉末；将所述混合粉末置于第一衬底的一端，然后将第二衬底反转水平放置于所述第一衬底上方，所述混合粉末夹在所述第一衬底和第二衬底之间，形成一反应体系；b)将所述反应体系置于石英载体上，然后将所述石英载体放置在石英管的加热部，封闭石英管；c)将所述石英管靠近所述混合粉体的一端通入惰性气体，同时在石英管的另一端抽真空使其维持在预置真空度内；然后，加热所述石英管的加热部，自然冷却，即得。

【技术特征摘要】
1.一种硫硒化亚锡二维半导体材料的制备方法，其特征在于，包括：a)将硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末均匀混合，得到混合粉末；将所述混合粉末置于第一衬底的一端，然后将第二衬底反转水平放置于所述第一衬底上方，所述混合粉末夹在所述第一衬底和第二衬底之间，形成一反应体系；b)将所述反应体系置于石英载体上，然后将所述石英载体放置在石英管的加热部，封闭石英管；c)将所述石英管靠近所述混合粉体的一端通入惰性气体，同时在石英管的另一端抽真空使其维持在预置真空度内；然后，加热所述石英管的加热部，自然冷却，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述硫化亚锡粉末和硒化亚锡粉末混合摩尔比为(0.1～1):(0.1～1)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述第一衬底和第二衬底的材料相同，为氧化硅、硅片、氧化硅-硅片复合材料、云母材料或蓝宝石材料。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述第一衬底和第二衬底的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎永涛，高伟，牟中飞，李京波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44